无人机航空摄影测量在小型农田水利设计地形图测绘中的应用

杨运涛

摘要：小型农田水利工程是农业工程中的重要组成部分，是保障粮食安全生产的重要农田基础项目。其建设对于进一步提高农业综合生产能力促进粮食生产和增加农民收入具有重要意义。由于小型农田水利设计是一项综合性的系统工程，项目实施涉及面广，时效性强，因此，科学、合理的项目规划设计将直接影响小型农田水利建设的成效。

关键词：航空摄影测量；小型农田水利设计；应用

无人机航空摄影测量技术是近年来起来的一种测绘新技术，与传统的航空摄影测量技术相比，无须专用机场、起降灵活，具有低成本、高效率、高分辨率的特点，在地形图测绘中获得了广泛应用。采用无人机航空摄影测量技术测绘大比例尺地形图，可充分发挥无人机飞行灵、数据处理简单、生产周期短的优势，尤其适用于复杂区域地形图测绘工作。近年来利用无人机航空摄影测量成图方式组织完成了若干小型农田水利项目地形图的测绘工作，制作完成的各类正射影像图、 数字线划地形图及正射影像与数字线划套合地形图为设计及施工单位提供了有力支持。

一、无人机航空摄影测量的特点

1、灵活性高。无人机与以前的航拍飞机比较，其体型更小，升空时间也更短，在此过程中不需要专用的升降场地，就可以保障升空的正常进行，此技术的机动性以及灵活性更好。尤其是在我国遥感操作系统不断发展的背景下，为了降低其中的操作和运营成本，需要加强对无人机航空摄影技术进行有效应用，提高利用率。在一般情况下，无人机可以事先制定飞行线路，其稳定性非常好，可以自行进行高强度的航拍作业。同时，在飞行用油方面，由于无人机具有不需要载人的特点，所以当耗油量相同的时候，无人机要比普通飞机飞行的更远距离，耗油量也会降低。无人机的灵活性比较强，其高度控制在 500 到 1000 米左右，其飞行的时间会比普通航拍飞机更持久，并且此技术还可以在控制高度上，加强对无人机的精度的控制，主要为十米的控制。由于无人机具有此特点，所以其还在实际的应用中，设定一百多个地形测量的航点，不间断地进行航拍和地形测量。此外，无人机和地面机进行了网络连接，可以将采集到的数据发回地面处理，进而保障数据信息的有效性。

2、摄影的反应较快。无人机航空摄影测量在实际的飞行中主要采取低空飞行的方式，主要是因为这种飞行方式，能够降低了天气等外界因素对测量工作结果的影响。这种方式还便于飞行空域申请，在一般情况下，无人机在起飞或者是降落的过程中，都需要通过一段比较平整的路面，最后才可以完成起飞和降落工作。因此，在对任何一种类型的无人机进行升空前，都需要做好准备工作，主要目的是节省起飞准备的时间，保障摄影测量的有效性。

二、航空摄影测量小型农田水利应用

获取小型农田水利项目区航空影像，应及时对航摄像片的质量进行检核， 像片倾斜角一般不大于 5 度，个别最大不大于 8 度；像片旋偏角一般不大于8 度， 在确保像片航向和旁向重叠度满足要求的前提下，个别最大不超过 15 度，在同一条航线上旋偏角超过 15 度的像片数不应超过三片，超过 15 度旋偏角的像片数不应超过摄区像片总数的 10%。航向覆盖、旁向覆盖边界保证摄区影像制作范围全覆盖，如发现航线偏差及航摄漏洞等情况，应及时安排补摄。航摄像片质量检查合格后，可依规范程序进行航空摄影测量生产 4D 产品。

1、航空摄影测量外业像片控制点测量。像片控制点分为平面坐标点、高程点及平高点。小型农田水利工程项目区地形起伏一般不大， 交通条件相对便利，可依据规范，航向按 4-5 条基线间隔布设外业像控点，旁向按 2-3 条基线布设像控点，一般均布设为平高点，像控点布设密度应均匀，点位应选在旁向重叠中线附近。当旁向重叠过大而不能满足要求时，应分别布点，点位应布设于明显地物转折点上或相应分辨率点状地物中心。若项目区面积较大，可先用快拼软件拼图，在整体影像上进行像控点的选点，若项目区面积较小，地形起伏不大，可直接在单张像片上选点标定。 目前全国多数省份陆续建立了 GPS 卫星定位连续运行基准站（CORS），在该省范围内基本可做到全天候、实时动态定位，直接测量点位的 CGCS2000平面坐标，点位平面精度中误差 3 厘米，高程内符合精度优于 3 厘米，外符合精度优于 6 厘米，可以满足大比例尺航摄像片野外控制点的测量精度要求，若局部地区网络信号较差，可以采用 GPS 快速静态方式或架设基站测定高差和已知点进行高程匹配，需注意的是GPS 高程为点位的大地高，如果高程基准需采用 1985 国家高程基准，则需要利用大地水准面精化成果或利用若干公共点进行水准联测求取转换参数把点位大地高拟合到 1985 国家高程基准上来。

2、航空摄影测量内业空中三角测量。空中三角测量利用摄影测量解析法确定区域内所有影像的外方位元素，采用测区少量的野外像片控制点的像方和物 方坐标解求出加密控制点的坐标，其主要目的是为缺少野外控制点的地区提供绝对定向的控制点，以便在绝对定向后进行 4D 产品生产。空三加密的作业流程主要包括资料准备、内定向、航带连接、自动提取同名点，交互编辑，平差计算，生成加密点。空三加密过程应注意由于无人机一般采用非量测型数码相机进行航摄，所以必须经专业检定机构对相机 CCD 阵列平面的畸变差进行检定，得到精确的相机检定参数对航摄像片去畸变后进行内定向。通常空三平差软件采用光束法平差，在整个空三过程中，区域网的内部连接性是由像点构网强度决定的，其对最后的加密精度有重要的影响，在量测了所有控制点后，对像点网的编辑尤为重要。重复平差解算和粗差点的编辑，直到无粗差点被挑出为止，每个像对连接点应均匀分布，每个标准点位区应有连接点。

    3、数字线划地形图（DLG）及数字正射影像（DOM）图生产。数字线划地形图（DLG）的制作为内业立体测图过程，测绘地物应根据绝对定向后形成的立体模型判读采集，在立体模型中用测标中心切准地物的轮廓和定位点，依比例尺地物切准地物的外轮廓线，半依比例尺地物应切准地物的中心线，沿着依比例尺的长度测绘，不依比例尺的应切准地物的中心位置采集，采集过程做到不变形，不遗漏，不移位，不超控，系统将时时记录测图的结果，并将保存在测图文件中获得 DLG 数据。小型农田水利设计地形图对水系位置精度和高程精度要求较高，相关地物如水系、渠系、农田、田间道路系统在采集过程要认真对待，河流、沟渠的宽度在图上大于 1mm 时依比例尺采集，否则，用单线按中心线采集表示。 地貌采集中应特别注意渠顶高程点应切准地面采集。数字正射影像 DOM 是利用数字高程模型 DEM对影像进行数字微分纠正、数字镶嵌，再根据图幅范围裁切生成的影像数据，然后利用多模型 DEM 直接生成多模型 DOM，完成正射影像的制作，其与数字线划地形图的套合情况良好。

综上所述，近年来无人机在各个领域应用广泛，其中无人机航空摄影测量系统作为一种高新技术在测绘领域获得快速发展。由于小型农田水利设计对地面沟渠顶部及底部高程有较高要求，在进行外业控制测量时，应同时进行沟渠调绘， 并依据快拼影像沿沟渠以适当密度测量渠宽、沟顶及沟底高程，为内业航测成图提供参考依据，以便绘制精度合格的纵横断面图，科学进行航线设计，规范落实数据采集与生产工作，高效、高质量生产满足精度要求的地形图。  

参考文献：

［1］杨艳红. 地形图测绘中对无人机航空摄影测量的应用[J]. 工程建设与设计, 2019（06）: 272-273.

［2］李文飞. 试论无人机航空摄影测量在地形图测绘中的应用[J]. 华北自然资源, 2020（02）: 72-73.